【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于固体氧化物燃料电池，具体涉及一种阴极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cells，sofc)是一种把化学能直接转换成电能的全固态发电装置，具有能量转化效率高、燃料适用性强，工作温度范围宽，质量能量密度高等诸多优势。然而，其阴极较低的电化学活性和稳定性成为制约其长时间高效工作和商业化推广的重要因素。
2、目前sofc的阴极主要采用la0.8sr0.2co1-xfexo3-δ(lscf)等具有混合氧离子-电子导电功能的钙钛矿氧化物作为电催化剂；但是这类钙钛矿材料的本征质子电导率极小，致使反应活性位点主要限制在“空气-阴极-电解质”的三相界面，进而导致催化效率受限。双钙钛矿氧化物材料sr2fe1.5mo0.5o6-δ(sfm)在空气中具有良好的电化学活性和结构稳定性，被视为最具发展前景的新型sofc电极材料，然而其难以完全满足sofc在复杂应用条件下的实际需求。现有技术中对sfm的改性策略主要集中于金属离子的掺杂，掺杂策略能一定程度上提升其电化学活性，但由于本征电导率的限制以及掺杂后引起的晶格畸变等问题，并不能获得同时兼具优异电化学活性和稳定性的sofc电极材料。
技术实现思路
1、针对上述现有技术，本专利技术提供一种阴极材料及其制备方法和应用，通过简单易操作的自组装方法在电极材料内引入质子导电相，提升电极材料的电化学性能和稳定性，解决固体氧化物燃料电池阴极材料电化学活性低、制备工艺繁琐和稳定性差的问题
2、为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：提供一种阴极材料，阴极材料的化学式为(sr2fe1.5mo0.38p0.12o6-δ)0.9[sr3(po4)2]0.1。
3、本专利技术采取上述技术方案的有益效果是：该材料(sr2fe1.5mo0.38p0.12o6-δ)0.9[sr3(po4)2]0.1，即sfmp-sp，由sr2fe1.5mo0.38p0.12o6-δ和sr3(po4)2两相组成，sr2fe1.5mo0.38p0.12o6-δ相起到稳定晶体结构和促进电子传输的作用，sr3(po4)2相显著增强了材料的氧离子传导能力，两者协同将反应活性位点从“空气-阴极-电解质”三相界面扩展至整个电极材料，大幅提升了电化学活性。同时，sr3(po4)2稳定地存在于sr2fe1.5mo0.38p0.12o6-δ的体相中，两相结合紧密，增强了电极材料的稳定性。
4、在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
5、进一步，阴极材料的制备方法包括以下步骤：
6、s1：称取原料硝酸锶、硝酸铁、钼酸铵、磷酸二氢铵、甘氨酸和柠檬酸；
7、s2：向原料中加入去离子水，在75～85℃条件下加热搅拌，形成凝胶；
8、s3：将凝胶于240～260℃处理1.5～2.5h，得前驱体；
9、s4：将前驱体于1000～1200℃煅烧4～6h，即得。
10、本专利技术采取上述进一步技术方案的有益效果是：通过简单易操作的自组装方法在电极材料内引入质子导电相，制备出sfmp-sp材料，提升阴极材料的电化学活性和稳定性。
11、进一步，硝酸锶、硝酸铁、钼酸铵、磷酸二氢铵、甘氨酸和柠檬酸的质量之比为4.2326:6.06:0.7062:0.2306:10:10。
12、进一步，s2中搅拌温度为80℃，搅拌时间为12h。
13、进一步，s3中凝胶的处理温度为250℃，处理时间为2h。
14、进一步，s4中前驱体煅烧温度为1100℃，煅烧时间为5h。
15、本专利技术采取上述进一步技术方案的有益效果是：通过简单易操作的自组装方式制备化学活性高、稳定性强的阴极材料sfmp-sp，便于sfmp-sp的大范围生产和应用推广。
16、进一步，阴极材料在制备固体氧化物燃料电池中的应用。
17、本专利技术采取上述进一步技术方案的有益效果是：现有固体氧化物燃料电池的阴极一般具有较低的电化学活性和稳定性，这是制约其长时间高效工作和商业化推广的重要因素，应用sfmp-sp材料，可大幅提升固体氧化物燃料电池阴极的电化学活性，并增强电极的稳定性。
18、进一步，固体氧化物燃料电池为扁管式结构。
19、本专利技术采取上述进一步技术方案的有益效果是：扁管式sofc与其他结构的sofc相比具有比催化活性面积大、结构稳定性强等优点，被认为是最具产业化潜力的sofc；将此阴极材料应用于扁管式sofc，使sofc具有更优异的电化学活性和运行稳定性。
20、进一步，以(sr2fe1.5mo0.38p0.12o6-δ)0.9[sr3(po4)2]0.1为阴极材料，以氧化钆掺杂的氧化铈为电解质材料，以氧化镍和氧化钇稳定的氧化锆为阳极材料，制备成全高熵质子陶瓷燃料电池nio-ysz||gdc||sfmp-sp。
21、进一步，固体氧化物燃料电池的燃料气为氢气。
22、本专利技术采取上述进一步技术方案的有益效果是：氧化钆掺杂的氧化铈(gdc)有很好的离子电导率和更低的工作温度；氧化镍(nio)和氧化钇稳定的氧化锆(ysz)制成的电极具有优异的电化学活性；最终制成的扁管式sofc具有较高的功率输出，并且在长时间的运行情况下都能实现稳定输出。
23、本专利技术的有益效果是：阴极材料sfmp-sp具有协同作用的双相，(sr2fe1.5mo0.38p0.12o6-δ)0.9相起到稳定晶体结构和促进电子传输的作用，sr3(po4)2相显著增强了材料的氧离子传导能力，两者协同作用大幅提升了材料的电化学活性；同时，两相结合紧密，增强了电极材料的稳定性。阴极材料sfmp-sp通过自主装的方式制备而成，工艺简单，便于sfmp-sp的大范围生产和应用推广。将阴极材料sfmp-sp制成扁管式sofc的阴极，解决了sofc阴极电化学活性低的问题，具有制备方法简单、电化学活性高、稳定性高等优点。制备的扁管式单体电池nio-ysz||gdc||sfmp-sp实现了较高的功率输出，在750℃的工作温度下最大输出功率可达296mw/cm2，且以150ma/cm2的电流密度恒电流输出，可稳定工作50h，即表现出在长期工况运行下的稳定输出。
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1.一种阴极材料，其特征在于：所述阴极材料的化学式为(Sr2Fe1.5Mo0.38P0.12O6-δ)0.9[Sr3(PO4)2]0.1。
2.权利要求1所述阴极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述阴极材料的制备方法，其特征在于：所述硝酸锶、硝酸铁、钼酸铵、磷酸二氢铵、甘氨酸和柠檬酸的质量之比为4.2326:6.06:0.7062:0.2306:10:10。
4.根据权利要求2所述阴极材料的制备方法，其特征在于：S2中搅拌温度为80℃，搅拌时间为12h。
5.根据权利要求2所述阴极材料的制备方法，其特征在于：S3中凝胶的处理温度为250℃，处理时间为2h。
6.根据权利要求2所述阴极材料的制备方法，其特征在于：S4中前驱体煅烧温度为1100℃，煅烧时间为5h。
7.权利要求1所述阴极材料在制备固体氧化物燃料电池中的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：所述固体氧化物燃料电池为扁管式结构。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：以所述(Sr2
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于：所述固体氧化物燃料电池的燃料气为氢气。
...【技术特征摘要】
1.一种阴极材料，其特征在于：所述阴极材料的化学式为(sr2fe1.5mo0.38p0.12o6-δ)0.9[sr3(po4)2]0.1。
2.权利要求1所述阴极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述阴极材料的制备方法，其特征在于：所述硝酸锶、硝酸铁、钼酸铵、磷酸二氢铵、甘氨酸和柠檬酸的质量之比为4.2326:6.06:0.7062:0.2306:10:10。
4.根据权利要求2所述阴极材料的制备方法，其特征在于：s2中搅拌温度为80℃，搅拌时间为12h。
5.根据权利要求2所述阴极材料的制备方法，其特征在于：s3中凝胶的处理温度为250℃，处理时间为2h。
6.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：王振华，贾晨鹤，任戎征，孙克宁，乔金硕，孙旺，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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